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高中物理人教版（2019）选择性必修第二册1.4质谱仪与回旋加速器
一、单选题
1．如图所示为“速度选择器”装置示意图，a、b为水平放置的平行金属板，其电容为C，板间距离为d，平行板内存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，a、b板分别带上等量异号电荷后，平行板内产生竖直方向的匀强电场．一带电粒子以速度v0经小孔进入正交电磁场可沿直线OO′运动，
由O′射出，粒子所受重力不计，以下说法正确的是（ ）
A．a板带负电，其电量为
B．a板带正电，其电量为
C．极板间的电场强度E=Bv0，方向竖直向下
D．若粒子的初速度大于v0，粒子在极板间将向右上方做匀加速曲线运动
二、多选题
2．如图是质谱仪的工作原理示意图．带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器．速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场分别为B和E．平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2．平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场．下列表述正确的是（ ）
A．质谱仪是分析同位素的重要工具
B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向内
C．能通过的狭缝P的带电粒子的速率等于E/B
D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小
3．（2018高二上·阜新月考）如图所示，a、b、c、d四种离子，它们带等量同种电荷，质量为Ma=Mb＜Mc=Md，以不等的速率Va＜Vb=Vc＜Vd进入速度选择器后，有两种离子从选择器中射出，进入磁感应强度为B2的磁场.由此可以判断(不计离子重力) （ ）
A．四种离子带正电，射向D1的是a离子
B．四种离子带负电，射向D1的是c离子
C．四种离子带正电，射向D2的是d离子
D．四种离子带负电，射向D2的是b离子
4．（2019·盐城模拟）1930年劳伦斯制成世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示．这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是（ ）
A．粒子从电场中获得能量
B．粒子获得最大速度与回旋加速器半径有关
C．粒子获得最大速度与回旋加速器内的电场有关
D．回旋加速器中的电场和磁场交替对带电粒子做功
5．如图所示为磁流体发电机的原理图：将一束等离子体垂直于磁场方向喷入磁场，在磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，两板间就会产生电压，如果射入的等离子体速度均为v，两金属板间距离为d，板平面的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于速度方向，负载电阻为R，等离子体充满两板间的空间．当发电机稳定发电时，电流表示数为I，下列说法正确的是（ ）
A．上极板A带负电
B．两极板间的电动势为IR
C．板间等离子体的内阻是
D．板间等离子体的电阻率
6．（2020高二上·汕头期末）如图为回旋加速器的示意图．两个靠得很近的D形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B．一质子从加速器的A处开始加速．已知D形盒的半径为R，高频交变电源的电压为U、频率为f，质子质量为m，电荷量为q．已知质子在磁场中运动的周期等于交变电源的周期，下列说法正确的是（ ）
A．质子的最大速度不超过2πRf
B．质子的最大动能为
C．质子的最大动能与U无关
D．若增大电压U， 质子的最大动能增大
7．如图所示，1、2、3、4是霍尔元件上的四个接线端. 毫安表检测输入霍尔元件的电流，毫伏表检测霍尔元件输出的电压．已知图中的霍尔元件是正电荷导电，当开关S1、S2闭合后，电流表A和电表B、C都有明显示数，下列说法中正确的是( )
A．电表B为毫伏表，电表C为毫安表
B．接线端2的电势低于接线端4的电势
C．保持R1不变、适当减小R2，则毫伏表示数一定增大
D．使通过电磁铁和霍尔元件的电流大小不变，方向均与原电流方向相反，则毫伏表的示数将保持不变
8．如图是某化工厂为了测量污水排放量的设计图，在排污管末端安装了流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽高分别为a、b、c，左、右两端开口，在垂直于前、后面的方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在上、下两个面的内侧固定有金属板M、N作为电极，污水充满管道从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U，若用Q表示污水流量(单位时间内流出的污水体积)，下列说法中正确的是（ ）
A．M板电势一定低于N板的电势
B．污水流动的速度越大，电压表的示数越大
C．污水中离子浓度越高，电压表的示数越大
D．电压表的示数U与污水流量Q成正比
9．自行车速度计是利用霍尔传感器获知自行车的运动速率．如图甲所示，自行车前轮上安装一块磁铁，轮子每转一圈，这块磁铁就靠近传感器一次，传感器会输出一个脉冲电压。图乙为霍尔传感器的工作原理图。当磁铁靠近霍尔传感器时，导体内定向运动的自由电荷在磁场力作用下偏转，最终使导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差，即为霍尔电势差，下列说法正确的是（ ）
A．根据单位时间内的脉冲数和前轮半径即可获知车速大小
B．自行车的车速越大，霍尔电势差越高
C．图乙中电流I是由正电荷定向移动形成的
D．如果长时间不更换传感器的电源，霍尔电势差将减小
三、解答题
10．如图所示，一束电子以垂直于磁感应强度B并垂直于磁场边界的速度v射入宽度为d的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为 ，求电子的比荷和穿越磁场的时间。
11．回旋加速器D形盒的半径为r，匀强磁场的磁感应强度为B。一个质量为m、电荷量为q的粒子在加速器的中央从速度为0开始加速。根据回旋加速器的这些数据，估算该粒子离开回旋加速器时获得的动能。
12．回旋加速器两个D形金属盒分别和一高频交流电源两极相接，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近。若粒子源射出的粒子电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为R，求：
（1）粒子在盒内做何种运动；
（2）所加交流电源的频率；
（3）粒子加速后获得的最大动能。
答案解析部分
1．【答案】C
【知识点】共点力平衡条件的应用；电场及电场力；洛伦兹力的计算
【解析】【解答】粒子所受洛伦兹力与电场力大小相等方向相反方可通过平行金属板，若粒子带正电，通过左手定则判断洛伦兹力的方向向上，电场力向下，满足的条件应是：a板带正电；粒子所受洛伦兹力与电场力相等：qv0B=qE=q 得：E=Bv0；U=Bv0d；又Q=CU=CBv0d，AB不符合题意，C符合题意； 若该粒子带正电，且速度增加，洛伦兹力增加，则粒子向上偏转，随速度的变化，洛伦兹力变化，可知粒子做曲线运动，但不是匀加速曲线运动，D不符合题意；
故答案为：C．
【分析】根据所受电场力与洛伦兹力相等、方向相反的粒子可以匀速通过平行金属板，即可求出极板之间的电压，然后由Q=CU求出电量；根据电场力与洛伦兹力的大小关系判断粒子偏转的方向，结合受力情况判断其运动情况。
2．【答案】A,C
【知识点】带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【解答】AD．粒子打在胶片上的位置到狭缝的距离即其做匀速圆周运动的直径 ，可见D越小，则粒子的荷质比越大，因此利用该装置可以分析同位素，A符合题意，D不符合题意．
B．粒子在题图中的电场中加速，说明粒子带正电．其通过速度选择器时，电场力与洛伦兹力平衡，则洛伦兹力方向应水平向左，由左手定则知，磁场的方向应垂直纸面向外，B不符合题意；
C．由Eq=Bqv可知，v=E/B，C符合题意；
故答案为：AC
【分析】带电粒子经加速后进入速度选择器，速度为V=E/B粒子可以通过选择器，然后进入下边磁场打在S板不同的位置，根据粒子在匀强磁场中的圆周运动的轨迹，运用左手定则可以判断粒子的电性，以及速度选择器中磁场的方向。
3．【答案】B,D
【知识点】质谱仪和回旋加速器
【解析】【解答】能通过速度选择器的为一定满足 ，即速度为 ，有两个粒子通过，则其速度相同，故为b和c，在磁场 中，根据 ，得出质量大的半径大，因 的半径大，则为c离子，射向D2的是b离子，同时由于磁场 为垂直纸面向外，则根据左手定则可知四种离子带负电，BD符合题意，AC不符合题意。
故答案为：BD
【分析】利用速度选择器可以判别通过的粒子具有相同的速度；利用左手定则可以判别粒子的电性；结合半径的大小可以判别质量的不同。
4．【答案】A,B
【知识点】质谱仪和回旋加速器
【解析】【解答】回旋加速器中的电场对带电粒子做功，粒子在电场中加速，在磁场中偏转，可知从电场中获得能量，A符合题意，D不符合题意。根据 ，则 ，可知粒子获得最大速度与回旋加速器半径R有关，但是与回旋加速器内的电场无关，B符合题意，C不符合题意。
故答案为：AB
【分析】回旋加速度器中，磁场对粒子进行偏转，洛伦兹力提供向心力，电场对粒子进行加速，根据向心力公式列方程，可以看出粒子的末速度与电场无关，与磁场有关。
5．【答案】A,C,D
【知识点】电阻定律；欧姆定律；洛伦兹力的计算
【解析】【解答】大量带正电和带负电的微粒向右进入磁场时，由左手定则可以判断正电荷受到的洛伦兹力向下，所以正电荷会聚集的B板上，负电荷受到的洛伦兹力向上，负电荷聚集到A板上，B板相当于电源的正极，A板相当于电源的负极，A符合题意；由闭合电路的欧姆定律可知，两极板间的电动势为I（R+r内），B不符合题意；根据 得，E=Bdv．根据欧姆定律得， ，C符合题意；由电阻定律， ，则有：电阻率ρ= ．D符合题意．
故答案为：ACD．
【分析】大量带正电和带负电的微粒向右进入磁场时，由左手定则可以判断正负电荷受到洛伦兹力的方向，从而确定相当于电源的正负极，从而得出通过电阻的电流方向。根据带电粒子在复合场中受电场力和洛伦兹力平衡求出电动势，根据欧姆定律求出发电机的内阻，再结合电阻定律求出电阻率。
6．【答案】A,C
【知识点】质谱仪和回旋加速器
【解析】【解答】A．质子出回旋加速器的速度最大，此时的半径为R，则
所以最大速度不超过2πfR，A符合题意。
BC．周期 ，质子的最大动能
与电压无关，B不符合题意，C符合题意；
D．质子的最大动能 ，只增大电压U，则质子的最大动能不变，D不符合题意。
故答案为：AC。
【分析】回旋加速度器中，磁场对粒子进行偏转，洛伦兹力提供向心力，电场对粒子进行加速，根据向心力公式列方程，可以看出粒子的末速度与电场无关，与磁场有关。
7．【答案】C,D
【知识点】洛伦兹力的计算；霍尔元件
【解析】【解答】A.B表为测量通过霍尔元件的电流，C表测量霍尔电压，故电表B为毫安表，电表C为毫伏表，A不符合题意；
B. 根据安培定则可知，磁场的方向向下，通过霍尔元件的电流由接线端1流向接线端3，正电子移动方向与电流的方向相同，由左手定则可知，正电子偏向接线端2，所以接线端2的电势高于接线端4的电势，B不符合题意；
C.保持R1不变，电磁铁中的电流不变，产生的磁感应强度不变；减小R2，霍尔元件中的电流增大，根据I=nesv，v增大，电子受到的电场力等于洛伦兹力， ，U=dvB，所以霍尔电压增大，即毫伏表示数一定增大，C符合题意；
D.当调整电路，使通过电磁铁和霍尔元件的电流方向相反，由左手定则可知洛伦兹力方向不变，即2/4两接线端的电势高低关系不发生改变，根据U=dvB，毫伏表的示数将保持不变，D符合题意；
故答案为：CD.
【分析】线圈产生匀强电场，方向垂直霍尔元件的上下两个面，电源2提供通过霍尔元件的电流，带电粒子在磁场力作用下偏转，由左手定则可知偏转方向，得出电势高低；由电源的正负极变化，导致电子运动方向也变化，由左手定则可知，电子的偏转方向，电压表测霍尔元件的电压。
8．【答案】B,D
【知识点】共点力平衡条件的应用；洛伦兹力的计算
【解析】【解答】A.根据左手定则，知负离子所受的洛伦兹力方向向下，则向下偏转，N板带负电，M板带正电，则M板的电势比N板电势高；A不符合题意.
BC.最终离子在电场力和洛伦兹力作用下平衡，有： ，解得：U=vBc，与离子浓度无关；B符合题意；C不符合题意.
D.根据 ，则流量 ，则 ，与污水流量成正比；D符合题意.
故答案为：BD
【分析】根据左手定则判断洛伦兹力的方向，从而得出正负离子的偏转方向，确定出前后表面电势的高低；最终离子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡，根据平衡求出两极板间的电压。
9．【答案】A,D
【知识点】电磁感应的发现及产生感应电流的条件；电流的概念；线速度、角速度和周期、转速；洛伦兹力的计算
【解析】【解答】A．根据单位时间内的脉冲数，可求得车轮转动周期，从而求得车轮转动的角速度，最后由线速度公式结合前轮半径，即可求解车速大小，A符合题意；
B．根据洛伦兹力等于电场力有
可得
根据电流的微观定义式
可得
联立解得
可知霍尔电压 与车速大小无关，B不符合题意；
C．图乙中电流I是由负电荷定向移动形成的，C不符合题意；
D．根据公式
若长时间不更换传感器的电源，则电流I减小，则霍尔电势差将减小，D符合题意。
故答案为：AD。
【分析】依据单位时间内的脉冲数，即可知道转动的周期，再结合角速度与周期，与线速度与角速度的关系；根据左手定则得出电子的偏转方向，根据电子受的电场力和洛伦兹力平衡得出霍尔电压的表达式，从而进行分析。
10．【答案】解：粒子的运动轨迹图如图所示
根据几何关系有
根据洛伦兹力提供向心力得
解得
电子的周期 所以电子穿越磁场的时间
【知识点】带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【分析】根据粒子在磁场做圆周运动的轨迹求出轨道半径，结合洛伦兹力提供向心力求出比荷，根据周期与线速度关系求出周期从而求出所用时间。
11．【答案】解：根据
得
最大动能
【知识点】洛伦兹力的计算；带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【分析】根据洛伦兹力提供向心力求出粒子的速度，再结合动能表达式求出离开加速器时的动能。
12．【答案】（1）解：粒子在磁场中只受洛伦兹力作用，洛伦兹力始终与速度垂直，粒子做匀速圆周运动
（2）解：所加交流电压频率等于粒子在磁场中的频率，根据 、
得
故频率
（3）解：粒子速度增加则半径增加，当轨道半径达到最大半径时速度最大，由
得
得
则其最大动能为
【知识点】线速度、角速度和周期、转速；动能；带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【分析】（1）根据洛伦兹力方向与速度方向关系判断粒子的运动；
（2）根据洛伦兹力提供向心力求出粒子的周期，再根据周期与频率的倒数关系求出频率；
（3）根据洛伦兹力提供向心力得到最大速度的表达式，从而求出 最大动能。
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高中物理人教版（2019）选择性必修第二册1.4质谱仪与回旋加速器
一、单选题
1．如图所示为“速度选择器”装置示意图，a、b为水平放置的平行金属板，其电容为C，板间距离为d，平行板内存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，a、b板分别带上等量异号电荷后，平行板内产生竖直方向的匀强电场．一带电粒子以速度v0经小孔进入正交电磁场可沿直线OO′运动，
由O′射出，粒子所受重力不计，以下说法正确的是（ ）
A．a板带负电，其电量为
B．a板带正电，其电量为
C．极板间的电场强度E=Bv0，方向竖直向下
D．若粒子的初速度大于v0，粒子在极板间将向右上方做匀加速曲线运动
【答案】C
【知识点】共点力平衡条件的应用；电场及电场力；洛伦兹力的计算
【解析】【解答】粒子所受洛伦兹力与电场力大小相等方向相反方可通过平行金属板，若粒子带正电，通过左手定则判断洛伦兹力的方向向上，电场力向下，满足的条件应是：a板带正电；粒子所受洛伦兹力与电场力相等：qv0B=qE=q 得：E=Bv0；U=Bv0d；又Q=CU=CBv0d，AB不符合题意，C符合题意； 若该粒子带正电，且速度增加，洛伦兹力增加，则粒子向上偏转，随速度的变化，洛伦兹力变化，可知粒子做曲线运动，但不是匀加速曲线运动，D不符合题意；
故答案为：C．
【分析】根据所受电场力与洛伦兹力相等、方向相反的粒子可以匀速通过平行金属板，即可求出极板之间的电压，然后由Q=CU求出电量；根据电场力与洛伦兹力的大小关系判断粒子偏转的方向，结合受力情况判断其运动情况。
二、多选题
2．如图是质谱仪的工作原理示意图．带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器．速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场分别为B和E．平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2．平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场．下列表述正确的是（ ）
A．质谱仪是分析同位素的重要工具
B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向内
C．能通过的狭缝P的带电粒子的速率等于E/B
D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小
【答案】A,C
【知识点】带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【解答】AD．粒子打在胶片上的位置到狭缝的距离即其做匀速圆周运动的直径 ，可见D越小，则粒子的荷质比越大，因此利用该装置可以分析同位素，A符合题意，D不符合题意．
B．粒子在题图中的电场中加速，说明粒子带正电．其通过速度选择器时，电场力与洛伦兹力平衡，则洛伦兹力方向应水平向左，由左手定则知，磁场的方向应垂直纸面向外，B不符合题意；
C．由Eq=Bqv可知，v=E/B，C符合题意；
故答案为：AC
【分析】带电粒子经加速后进入速度选择器，速度为V=E/B粒子可以通过选择器，然后进入下边磁场打在S板不同的位置，根据粒子在匀强磁场中的圆周运动的轨迹，运用左手定则可以判断粒子的电性，以及速度选择器中磁场的方向。
3．（2018高二上·阜新月考）如图所示，a、b、c、d四种离子，它们带等量同种电荷，质量为Ma=Mb＜Mc=Md，以不等的速率Va＜Vb=Vc＜Vd进入速度选择器后，有两种离子从选择器中射出，进入磁感应强度为B2的磁场.由此可以判断(不计离子重力) （ ）
A．四种离子带正电，射向D1的是a离子
B．四种离子带负电，射向D1的是c离子
C．四种离子带正电，射向D2的是d离子
D．四种离子带负电，射向D2的是b离子
【答案】B,D
【知识点】质谱仪和回旋加速器
【解析】【解答】能通过速度选择器的为一定满足 ，即速度为 ，有两个粒子通过，则其速度相同，故为b和c，在磁场 中，根据 ，得出质量大的半径大，因 的半径大，则为c离子，射向D2的是b离子，同时由于磁场 为垂直纸面向外，则根据左手定则可知四种离子带负电，BD符合题意，AC不符合题意。
故答案为：BD
【分析】利用速度选择器可以判别通过的粒子具有相同的速度；利用左手定则可以判别粒子的电性；结合半径的大小可以判别质量的不同。
4．（2019·盐城模拟）1930年劳伦斯制成世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示．这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是（ ）
A．粒子从电场中获得能量
B．粒子获得最大速度与回旋加速器半径有关
C．粒子获得最大速度与回旋加速器内的电场有关
D．回旋加速器中的电场和磁场交替对带电粒子做功
【答案】A,B
【知识点】质谱仪和回旋加速器
【解析】【解答】回旋加速器中的电场对带电粒子做功，粒子在电场中加速，在磁场中偏转，可知从电场中获得能量，A符合题意，D不符合题意。根据 ，则 ，可知粒子获得最大速度与回旋加速器半径R有关，但是与回旋加速器内的电场无关，B符合题意，C不符合题意。
故答案为：AB
【分析】回旋加速度器中，磁场对粒子进行偏转，洛伦兹力提供向心力，电场对粒子进行加速，根据向心力公式列方程，可以看出粒子的末速度与电场无关，与磁场有关。
5．如图所示为磁流体发电机的原理图：将一束等离子体垂直于磁场方向喷入磁场，在磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，两板间就会产生电压，如果射入的等离子体速度均为v，两金属板间距离为d，板平面的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于速度方向，负载电阻为R，等离子体充满两板间的空间．当发电机稳定发电时，电流表示数为I，下列说法正确的是（ ）
A．上极板A带负电
B．两极板间的电动势为IR
C．板间等离子体的内阻是
D．板间等离子体的电阻率
【答案】A,C,D
【知识点】电阻定律；欧姆定律；洛伦兹力的计算
【解析】【解答】大量带正电和带负电的微粒向右进入磁场时，由左手定则可以判断正电荷受到的洛伦兹力向下，所以正电荷会聚集的B板上，负电荷受到的洛伦兹力向上，负电荷聚集到A板上，B板相当于电源的正极，A板相当于电源的负极，A符合题意；由闭合电路的欧姆定律可知，两极板间的电动势为I（R+r内），B不符合题意；根据 得，E=Bdv．根据欧姆定律得， ，C符合题意；由电阻定律， ，则有：电阻率ρ= ．D符合题意．
故答案为：ACD．
【分析】大量带正电和带负电的微粒向右进入磁场时，由左手定则可以判断正负电荷受到洛伦兹力的方向，从而确定相当于电源的正负极，从而得出通过电阻的电流方向。根据带电粒子在复合场中受电场力和洛伦兹力平衡求出电动势，根据欧姆定律求出发电机的内阻，再结合电阻定律求出电阻率。
6．（2020高二上·汕头期末）如图为回旋加速器的示意图．两个靠得很近的D形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B．一质子从加速器的A处开始加速．已知D形盒的半径为R，高频交变电源的电压为U、频率为f，质子质量为m，电荷量为q．已知质子在磁场中运动的周期等于交变电源的周期，下列说法正确的是（ ）
A．质子的最大速度不超过2πRf
B．质子的最大动能为
C．质子的最大动能与U无关
D．若增大电压U， 质子的最大动能增大
【答案】A,C
【知识点】质谱仪和回旋加速器
【解析】【解答】A．质子出回旋加速器的速度最大，此时的半径为R，则
所以最大速度不超过2πfR，A符合题意。
BC．周期 ，质子的最大动能
与电压无关，B不符合题意，C符合题意；
D．质子的最大动能 ，只增大电压U，则质子的最大动能不变，D不符合题意。
故答案为：AC。
【分析】回旋加速度器中，磁场对粒子进行偏转，洛伦兹力提供向心力，电场对粒子进行加速，根据向心力公式列方程，可以看出粒子的末速度与电场无关，与磁场有关。
7．如图所示，1、2、3、4是霍尔元件上的四个接线端. 毫安表检测输入霍尔元件的电流，毫伏表检测霍尔元件输出的电压．已知图中的霍尔元件是正电荷导电，当开关S1、S2闭合后，电流表A和电表B、C都有明显示数，下列说法中正确的是( )
A．电表B为毫伏表，电表C为毫安表
B．接线端2的电势低于接线端4的电势
C．保持R1不变、适当减小R2，则毫伏表示数一定增大
D．使通过电磁铁和霍尔元件的电流大小不变，方向均与原电流方向相反，则毫伏表的示数将保持不变
【答案】C,D
【知识点】洛伦兹力的计算；霍尔元件
【解析】【解答】A.B表为测量通过霍尔元件的电流，C表测量霍尔电压，故电表B为毫安表，电表C为毫伏表，A不符合题意；
B. 根据安培定则可知，磁场的方向向下，通过霍尔元件的电流由接线端1流向接线端3，正电子移动方向与电流的方向相同，由左手定则可知，正电子偏向接线端2，所以接线端2的电势高于接线端4的电势，B不符合题意；
C.保持R1不变，电磁铁中的电流不变，产生的磁感应强度不变；减小R2，霍尔元件中的电流增大，根据I=nesv，v增大，电子受到的电场力等于洛伦兹力， ，U=dvB，所以霍尔电压增大，即毫伏表示数一定增大，C符合题意；
D.当调整电路，使通过电磁铁和霍尔元件的电流方向相反，由左手定则可知洛伦兹力方向不变，即2/4两接线端的电势高低关系不发生改变，根据U=dvB，毫伏表的示数将保持不变，D符合题意；
故答案为：CD.
【分析】线圈产生匀强电场，方向垂直霍尔元件的上下两个面，电源2提供通过霍尔元件的电流，带电粒子在磁场力作用下偏转，由左手定则可知偏转方向，得出电势高低；由电源的正负极变化，导致电子运动方向也变化，由左手定则可知，电子的偏转方向，电压表测霍尔元件的电压。
8．如图是某化工厂为了测量污水排放量的设计图，在排污管末端安装了流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽高分别为a、b、c，左、右两端开口，在垂直于前、后面的方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在上、下两个面的内侧固定有金属板M、N作为电极，污水充满管道从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U，若用Q表示污水流量(单位时间内流出的污水体积)，下列说法中正确的是（ ）
A．M板电势一定低于N板的电势
B．污水流动的速度越大，电压表的示数越大
C．污水中离子浓度越高，电压表的示数越大
D．电压表的示数U与污水流量Q成正比
【答案】B,D
【知识点】共点力平衡条件的应用；洛伦兹力的计算
【解析】【解答】A.根据左手定则，知负离子所受的洛伦兹力方向向下，则向下偏转，N板带负电，M板带正电，则M板的电势比N板电势高；A不符合题意.
BC.最终离子在电场力和洛伦兹力作用下平衡，有： ，解得：U=vBc，与离子浓度无关；B符合题意；C不符合题意.
D.根据 ，则流量 ，则 ，与污水流量成正比；D符合题意.
故答案为：BD
【分析】根据左手定则判断洛伦兹力的方向，从而得出正负离子的偏转方向，确定出前后表面电势的高低；最终离子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡，根据平衡求出两极板间的电压。
9．自行车速度计是利用霍尔传感器获知自行车的运动速率．如图甲所示，自行车前轮上安装一块磁铁，轮子每转一圈，这块磁铁就靠近传感器一次，传感器会输出一个脉冲电压。图乙为霍尔传感器的工作原理图。当磁铁靠近霍尔传感器时，导体内定向运动的自由电荷在磁场力作用下偏转，最终使导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差，即为霍尔电势差，下列说法正确的是（ ）
A．根据单位时间内的脉冲数和前轮半径即可获知车速大小
B．自行车的车速越大，霍尔电势差越高
C．图乙中电流I是由正电荷定向移动形成的
D．如果长时间不更换传感器的电源，霍尔电势差将减小
【答案】A,D
【知识点】电磁感应的发现及产生感应电流的条件；电流的概念；线速度、角速度和周期、转速；洛伦兹力的计算
【解析】【解答】A．根据单位时间内的脉冲数，可求得车轮转动周期，从而求得车轮转动的角速度，最后由线速度公式结合前轮半径，即可求解车速大小，A符合题意；
B．根据洛伦兹力等于电场力有
可得
根据电流的微观定义式
可得
联立解得
可知霍尔电压 与车速大小无关，B不符合题意；
C．图乙中电流I是由负电荷定向移动形成的，C不符合题意；
D．根据公式
若长时间不更换传感器的电源，则电流I减小，则霍尔电势差将减小，D符合题意。
故答案为：AD。
【分析】依据单位时间内的脉冲数，即可知道转动的周期，再结合角速度与周期，与线速度与角速度的关系；根据左手定则得出电子的偏转方向，根据电子受的电场力和洛伦兹力平衡得出霍尔电压的表达式，从而进行分析。
三、解答题
10．如图所示，一束电子以垂直于磁感应强度B并垂直于磁场边界的速度v射入宽度为d的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为 ，求电子的比荷和穿越磁场的时间。
【答案】解：粒子的运动轨迹图如图所示
根据几何关系有
根据洛伦兹力提供向心力得
解得
电子的周期 所以电子穿越磁场的时间
【知识点】带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【分析】根据粒子在磁场做圆周运动的轨迹求出轨道半径，结合洛伦兹力提供向心力求出比荷，根据周期与线速度关系求出周期从而求出所用时间。
11．回旋加速器D形盒的半径为r，匀强磁场的磁感应强度为B。一个质量为m、电荷量为q的粒子在加速器的中央从速度为0开始加速。根据回旋加速器的这些数据，估算该粒子离开回旋加速器时获得的动能。
【答案】解：根据
得
最大动能
【知识点】洛伦兹力的计算；带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【分析】根据洛伦兹力提供向心力求出粒子的速度，再结合动能表达式求出离开加速器时的动能。
12．回旋加速器两个D形金属盒分别和一高频交流电源两极相接，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近。若粒子源射出的粒子电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为R，求：
（1）粒子在盒内做何种运动；
（2）所加交流电源的频率；
（3）粒子加速后获得的最大动能。
【答案】（1）解：粒子在磁场中只受洛伦兹力作用，洛伦兹力始终与速度垂直，粒子做匀速圆周运动
（2）解：所加交流电压频率等于粒子在磁场中的频率，根据 、
得
故频率
（3）解：粒子速度增加则半径增加，当轨道半径达到最大半径时速度最大，由
得
得
则其最大动能为
【知识点】线速度、角速度和周期、转速；动能；带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【分析】（1）根据洛伦兹力方向与速度方向关系判断粒子的运动；
（2）根据洛伦兹力提供向心力求出粒子的周期，再根据周期与频率的倒数关系求出频率；
（3）根据洛伦兹力提供向心力得到最大速度的表达式，从而求出 最大动能。
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